Die Erfindung betrifft ein akustisches Modul zum Beeinflussen von Schall in einem Raum oder einer akustischen Umgebung im Freien. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Raum oder eine akustische Umgebung im Freien mit zumindest einem solchen akustischen Modul sowie ein entsprechendes Verfahren zum Beeinflussen von Schall in einem Raum.The invention relates to an acoustic module for influencing sound in a room or an acoustic environment outdoors. Furthermore, the invention relates to a room or an acoustic environment outdoors with at least one such acoustic module and a corresponding method for influencing sound in a room.
Ziel der Raumakustik ist es, optimale Hörverhältnisse in einem Raum zu gewährleisten. Für die akustische Wahrnehmung in Räumen resultiert dies vor allem in einer ausgewogenen Mischung des Raumeindruckes, der Klarheit, der Sprachverständlichkeit sowie der Klangfarbe und Lautstärke.The aim of room acoustics is to ensure optimal listening conditions in a room. For the acoustic perception in rooms, this results above all in a balanced mixture of the spatial impression, the clarity, the speech intelligibility as well as the tone color and volume.
Die Beschreibung von raumakustischen Eigenschaften erfolgt anhand unterschiedlichster raumakustischer Parameter. Als Maß für die Halligkeit eines Raumes ist die frequenzabhängige Nachhallzeit eine der wichtigsten physikalischen Größen. Sie beschreibt die Zeit, die nach einem Schallereignis vergeht, bis der Schallpegel im Raum um 60 dB abgefallen ist. Weitere wichtige Größen sind das Klarheitsmaß, das Bassverhältnis, sowie die Early Decay Time EDT als eine Art Anfangsnachhallzeit. Wird ein Raum für Sprachdarbietungen genutzt, kommt noch der Sprachübertragungsindex als indirektes Raumkriterium hinzu. Dieser beschreibt die Eignung, Sprache in einem Raum (an einer bestimmten Position) hinreichend genau zu verstehen.The description of room acoustic properties is based on a wide variety of room acoustic parameters. As a measure of the reverberation of a room, the frequency-dependent reverberation time is one of the most important physical quantities. It describes the time that elapses after a sound event until the sound level in the room has dropped by 60 dB. Other important quantities are the clarity measure, the bass ratio, as well as the Early Decay Time EDT as a kind of initial reverberation time. If a room is used for speech performances, then the voice transmission index is added as an indirect spatial criterion. This describes the suitability to understand speech in a room (at a certain position) with sufficient accuracy.
Raumakustische Eigenschaften sind primär abhängig von der Form, dem Volumen und der Größe des Raums sowie der Anordnung von Bühnenbereichen und Zuhörerbereichen im Raum. Erst danach erfolgt die raumakustische Auslegung in der Wahl der akustisch wirksamen Oberflächen der Raumbegrenzungsflächen. Je nach verwendeten Materialien wird der Schall bei den verschiedenen Frequenzen unterschiedlich stark reflektiert oder absorbiert.Room acoustic properties are primarily dependent on the shape, the volume and the size of the room as well as the arrangement of stage areas and listening areas in the room. Only then does the room-acoustic design take place in the choice of the acoustically effective surfaces of the room boundary surfaces. Depending on the materials used, the sound is reflected or absorbed differently at the different frequencies.
In vielen Fällen besteht nicht nur der Wunsch, sondern auch die Notwendigkeit, ein und denselben Raum sowohl für Sprach- als auch für unterschiedlichste Musikaufführungen zu nutzen. Oft muss mit einer vorherrschenden Akustik im Raum gelebt werden, da aus konstruktiven Gesichtspunkten eine veränderliche Raumakustik noch nicht durchgängig zum Stand der Technik gehört. Um jedoch den heterogenen Anforderungen von Mehrzweckräumen gerecht zu werden, ist es notwendig die akustischen Eigenschaften der jeweiligen Veranstaltung entsprechend anzupassen.In many cases, there is not only the desire but also the need to use one and the same room for both linguistic and musical performances. Often, it is necessary to live in the room with predominant acoustics, since, from a constructional point of view, variable room acoustics are not yet part of the state of the art. However, in order to meet the heterogeneous requirements of multipurpose rooms, it is necessary to adapt the acoustic characteristics of each event accordingly.
Die derzeitigen Lösungen für eine variable Raumakustik bestehen vor allem in der Beeinflussung der akustischen Raumbegrenzungsflächen z. B. durch Vorhänge oder im Raum positionierte Akustikelemente oder der Änderung des Raumvolumens.The current solutions for a variable room acoustics consist mainly in the influence of the acoustic room boundary surfaces z. B. by curtains or in the room positioned acoustic elements or the change in the volume of space.
Ein Lösungsansatz sieht die Verwendung von Schallschutzrollos (Akustikrollos) vor, die beispielsweise im Internet unter http://www.schallschutzrollo.de beworben werden. Diese werden an den Wänden der Akustikräume montiert und je nach akustischem Bedarf herunter- bzw. heraufgefahren. Schallschutzrollos sind aus einem schallabsorbierenden Gewebe hergestellt, welches den Schall absorbiert und somit die Nachhallzeit verkleinert. Ein solcher Lösungsansatz wird beispielsweise auch bei dem in der EP 2 801 678 A1 beschriebenen adaptiven akustischen System verfolgt, mittels dessen eine akustische Zonierung in Büroumgebungen erfolgt. Durch bewegte Akustikelemente, wie z. B. dem Ablassen einer akustischen Wand, werden Räume optisch und akustisch untergliedert, wobei eine Sensor-Aktor-Einheit (z. B. Elektromotor) zur Steuerung der Elemente eingesetzt werden kann. Mobile akustische Trennwände sind ebenfalls bekannt aus der DE 20 2013 104 545 U1 oder der DE 197 39 432 A1 . In der DE 20 2009 015 058 U1 werden austauschbare Schallmodule auf Trägern montiert.One approach provides for the use of acoustic roller blinds (acoustic blinds), which are advertised, for example, on the Internet at http://www.schallschutzrollo.de. These are mounted on the walls of the acoustic rooms and driven down or up depending on the acoustic requirements. Soundproof roller blinds are made of a sound-absorbing fabric, which absorbs the sound and thus reduces the reverberation time. Such an approach is, for example, in the in the EP 2 801 678 A1 tracked adaptive acoustic system, by means of which an acoustic zoning in office environments. By moving acoustic elements, such. As the discharge of an acoustic wall, rooms are optically and acoustically subdivided, wherein a sensor-actuator unit (eg., Electric motor) can be used to control the elements. Mobile acoustic partitions are also known from the DE 20 2013 104 545 U1 or the DE 197 39 432 A1 , In the DE 20 2009 015 058 U1 Replaceable sound modules are mounted on carriers.
Ein weiterer Lösungsansatz, welcher heutzutage vor allem bei tiefen Frequenzen eingesetzt wird, ist die zeitweise Veränderung der Raumgeometrie. Hierbei werden an den eigentlichen Hauptraum zusätzliche (Neben-)Räume ”angekoppelt”. In der Praxis wird dies durch Öffnen von Türen oder Verschieben von Wänden realisiert. Aufgrund der angekoppelten Nachhallkammern wird eine Erhöhung der Nachhallzeit erreicht. Dieses Prinzip wurde beispielsweise im Konzertsaal des Kongresszentrums in Luzern (KKL) verwirklicht (siehe https://www.kkl-luzern.ch/de/ueber-uns/das-kkl-luzern/akustik/). Die Nachhallkammern (Echokammern) bilden beim KKL einen großen zusammenhängenden Hohlraum, der den Konzertsaal in den oberen Rängen umschließt. Dieser wird mittels 50 elektronisch steuerbaren Betontüren geöffnet. Damit lässt sich das Raumvolumen des Saales von 19000 m3 um weitere 6000 m3 vergrößern. Durch den Öffnungsgrad der Türen kann der Klang variiert, die Nachhallzeit eingestellt und bis auf 3 s verlängert werden.Another solution, which is used today especially at low frequencies, is the temporary change in the geometry of the room. In this case, additional (secondary) rooms are "coupled" to the actual main room. In practice, this is achieved by opening doors or moving walls. Due to the coupled reverberation chambers, an increase in the reverberation time is achieved. This principle was implemented, for example, in the concert hall of the Congress Center in Lucerne (KKL) (see https://www.kkl-luzern.ch/de/ueber-uns/das-kkl-luzern/akustik/). The reverberation chambers (echo chambers) form a large coherent cavity at the KKL, which encloses the concert hall in the upper ranks. This is opened by means of 50 electronically controlled concrete doors. This means that the volume of the hall of 19,000 m 3 by a further 6000 m 3 can be increased. Due to the degree of opening of the doors, the sound can be varied, the reverberation time can be set and extended up to 3 s.
Gemäß einem dritten Lösungsansatz, der zur Veränderung der akustischen Eigenschaften angewandt wird, sind Akustiklamellen vorgesehen, die mittels elektromotorischer Stellantriebe variabel einstellbar sind. Solche Akustiklamellen werden beispielsweise in dem aus der DE 20 2007 006 877 U1 bekannten Akustikraum eingesetzt, um die akustischen Eigenschaften der Wände und des Raumes zu verändern. An einer tragenden Wand dieses vorbekannten Akustikraumes ist ein Schallabsorber fest montiert. Mehrere schwenkbar gelagerte Lamellen, welche vor dem Schallabsorber sitzen, sind jeweils mithilfe eines elektromotorischen Stellantriebs und einer Verbindungskinematik von einer geöffneten in eine geschlossene Stellung und umgekehrt überführbar. Im geschlossenen Zustand bilden die Lamellen eine reflektierende Oberfläche, wodurch die Nachhallzeit vergrößert wird. Werden die Lamellen hingegen geöffnet, kann der Schall in den Schallabsorber eindringen, wodurch die Nachhallzeit verringert wird. Die Realisierung in Form drehbarer Würfel mit akustisch unterschiedlichen Oberflächen ist aus der DE 20 2008 013 424 U1 bekannt. In Verbindung mit einem aktiven Material werden zudem im Stand der Technik (vgl. DE 10 2013 200 192 A1 und DE 10 2013 209 913 A1 ) sehr allgemein variable faltbare Strukturen beschrieben, die durch ihre Strukturierung physikalische Parameter, u. a. Geräusche, verändern sollen.According to a third approach, which is used to change the acoustic properties, acoustic slats are provided, which are variably adjustable by means of electric motor actuators. Such acoustic lamellae are, for example, in the of DE 20 2007 006 877 U1 known acoustic space used to change the acoustic properties of the walls and the room. On a load-bearing wall of this known acoustic room a sound absorber is permanently mounted. Several swiveling blades, which sit in front of the sound absorber, each with the help of an electric motor actuator and a linkage kinematics of an open to a closed position and vice versa. When closed, the blades form a reflective surface, increasing the reverberation time. On the other hand, if the slats are opened, the sound can penetrate the sound absorber, reducing the reverberation time. The realization in the form of rotatable cubes with acoustically different surfaces is from the DE 20 2008 013 424 U1 known. In connection with an active material are also in the prior art (see. DE 10 2013 200 192 A1 and DE 10 2013 209 913 A1 ) describes very generally variable foldable structures which, by their structuring, are intended to change physical parameters, including noises.
Wie vorangehend beschrieben, gibt es bereits einige adaptive Lösungen (wie Schallschutzrollos, mobile akustische Trennwände, Nachhallkammern oder variabel einstellbare Akustiklamellen) zur Anpassung der raumakustischen Eigenschaften. Die vorbeschriebenen Lösungen/Produkte besitzen neben dem Vorteil, die raumakustischen Eigenschaften anpassen zu können, allerdings einige offenkundige Nachteile, die deren verbreitete Anwendung bisher verhindert haben.As described above, there are already some adaptive solutions (such as soundproof blinds, mobile acoustic partitions, reverberation chambers or variably adjustable acoustic slats) to adapt the room acoustics. The above-described solutions / products in addition to the advantage of being able to adapt the room acoustics properties, but some obvious disadvantages that have hitherto prevented their widespread use.
Schallschutzrollos werden meist für einen stationären akustischen Zustand ausgelegt. Eine stufenlose Anpassung der Nachhallzeit ist mit diesem Lösungsansatz nur schwer realisierbar. Ein weiterer Nachteil, der mit diesem Lösungsansatz einhergeht, besteht darin, dass für jeden Raum ein neues Schallschutzrollo aus einem neuen Gewebe gefertigt werden muss, da jeder Raum hinsichtlich seiner Raumabmessungen und seiner grundakustischen Eigenschaften anders beschaffen ist. Als textile Flächenabsorber dämpfen Schallschutzrollos den Schall aus allen Einfallsrichtungen gleich. Eine gezielte Beeinflussung der Raumakustik kann daher nur dadurch erfolgen, dass die Rollos an bestimmten Stellen und in bestimmter Größe im Raum positioniert werden. Dabei werden Schallschutzvorhänge (Akustikvorhänge) in der Regel aus einem sehr schweren und dicken Gewebe (häufig Molton, aber auch Samt und Satin) hergestellt. Es ist daher noch ein zusätzlicher erheblicher Montageaufwand für die funktionssichere Aufhängung und Führung solcher Vorhänge erforderlich.Soundproof blinds are usually designed for a stationary acoustic condition. A continuous adjustment of the reverberation time is difficult to achieve with this approach. Another disadvantage associated with this approach is that for each room a new sound barrier must be made of a new fabric, since each room is different in terms of its dimensions and its basic acoustic properties. As textile surface absorbers, soundproof roller blinds dampen the sound equally from all directions of incidence. A targeted influence on the room acoustics can therefore only take place in that the blinds are positioned in certain places and in a certain size in space. Soundproofing curtains (acoustic curtains) are usually made from a very heavy and thick fabric (often molton, but also velvet and satin). There is therefore still an additional considerable installation effort for the functionally reliable suspension and management of such curtains required.
Beim Lösungsansatz der Ankopplung von Nachhallräumen zur Anpassung der akustischen Eigenschaften eines Raumes besteht – genau wie bei den Schallschutzrollos – der grundsätzliche Nachteil, dass dieses System der Nachhallräume (Echoräume) ebenfalls nur für einen stationären akustischen Zustand ausgelegt ist. Ein weiterer Nachteil, den diese Lösung mich sich bringt, ist der, dass die Nachhallräume bei einer Gebäudeplanung bereits im Voraus berücksichtigt werden müssen, wodurch zusätzlicher Bauraum benötigt und somit zusätzliche Kosten für das Gebäude verursacht werden. Werden die Nachhallräume nicht mehr benötigt und vom Hauptraum getrennt, ist zudem ein hervorragender und üblicherweise aufwendiger Schallschutz erforderlich. Das System der Nachhallräume ist daher bislang ausschließlich in besonders exklusiven Konzerthäusern verwirklicht.In the solution approach of the coupling of reverberation rooms for the adaptation of the acoustic properties of a room exists - just as with the soundproof blinds - the fundamental disadvantage that this system of reverberation rooms (echo chambers) is also designed only for a stationary acoustic condition. Another disadvantage that this solution brings me is that the reverberation rooms must already be considered in advance in a building planning, which requires additional space and thus additional costs for the building caused. If the reverberation rooms are no longer needed and separated from the main room, an excellent and usually costly soundproofing is required. The system of reverberation rooms has thus far only been realized in particularly exclusive concert halls.
Das in DE 20 2007 006 877 U1 vorgestellte System für einen Akustikraum ist hinsichtlich seiner Abmessungen und seines Aufbaus genau an die vorliegenden Raumabmessungen angepasst. Eine Erweiterung des Systems bei baulichen Veränderungen ist daher mit einem erheblichen zusätzlichen Material- und Kostenaufwand verbunden. Ein weiterer Nachteil bei diesem System besteht darin, dass die eingesetzten elektromotorischen Stellantriebe einschließlich der Verstellkinematik nicht geräuschlos sind, wodurch es beim Verstellvorgang der Lamellen zu unerwünschten Störgeräuschen kommen kann. Demzufolge wird auch hier zur Vermeidung von Störungen der Akustikraum (zum Beispiel Konzertsaal) nur vor einer Aufführung bzw. Komposition verändert, sodass das Einbeziehen eines variablen Raumes und einer variablen Raumakustik während einer stattfindenden Aufführung bzw. Komposition nicht möglich ist. Weiterhin ist für die Unterbringung der zum Verschwenken der Lamellen benötigten elektromotorischen Stellantriebe und Verstellkinematik ein relativ großer Bauraum erforderlich. Demzufolge sind diese Lamellen nicht ohne Weiteres für die Nachrüstung bestehender Räume geeignet. Außerdem besitzen der Stellantrieb und die Verstellkinematik ein – wenn auch geringes – Spiel, das sich allerdings durch Abnutzung noch erhöhen kann. Dies hat zur Folge, dass die Ausrichtung der Lamellen nicht im linearen Zusammenhang mit der Winkellage der Motorwelle steht. Dadurch wird es außerordentlich schwierig, eine einmal gefundene optimale Einstellung für eine Nachhallzeit exakt zu reproduzieren. Vielmehr sind zeitraubende Neujustierungen notwendig.This in DE 20 2007 006 877 U1 The presented system for an acoustic room is adapted in terms of its dimensions and structure exactly to the existing room dimensions. An extension of the system in structural changes is therefore associated with a significant additional material and cost. Another disadvantage of this system is that the electromotive actuators used including the adjustment kinematics are not silent, which can lead to unwanted noise during the adjustment of the slats. Consequently, to avoid disturbances, the acoustic space (for example concert hall) is changed only before a performance or composition so that the inclusion of a variable space and a variable room acoustics during a performance or composition that takes place is not possible. Furthermore, a relatively large space is required for housing the required for pivoting the slats electromotive actuators and adjustment kinematics. Consequently, these slats are not readily suitable for retrofitting existing rooms. In addition, the actuator and the adjustment kinematics have a - albeit small - game, which, however, can still increase by wear. As a result, the orientation of the slats is not linearly related to the angular position of the motor shaft. This makes it extremely difficult to accurately reproduce a once found optimal setting for a reverberation time. Rather, time-consuming readjustments are necessary.
In der US 5 816 306 A wird ein Betätigungsmechanismus zum automatischen Öffnen und Schließen von Jalousien vorgestellt, um die Menge an einfallendem Licht stufenlos zu regulieren. Zu diesem Zweck kommen Federn aus einer Formgedächtnislegierung (FGL) zum Einsatz, die über ein Ritzel-Zahnstangen-Getriebe jeweils mit vertikalen Lamellen der Jalousie verbunden sind, sodass durch Anlegen einer bestimmten elektrischen Spannung an die FGL-Federn die Lamellen in die gewünschte Neigungsstellung gedreht werden können.In the US 5 816 306 A An automatic mechanism for automatically opening and closing venetian blinds is presented in order to infinitely regulate the amount of incident light. For this purpose, springs made of a shape memory alloy (FGL) are used, which are connected via a pinion-rack gear each with vertical slats of the blind, so by applying a certain electrical voltage to the FGL springs, the slats rotated to the desired tilt position can be.
Die US 2014/0199930 A1 beschreibt einen Kühlergrill für ein Fahrzeug, welcher eine Grundplatte mit in regelmäßiger Struktur angeordneten Öffnungen sowie eine rückseitige Grundplatte mit entsprechend den Öffnungen regelmäßig angeordneten Erhebungen aufweist. Diese Erhebungen sind mit ihrer äußeren Kontur an die Kontur der Öffnungen derart angepasst, dass sie von der Rückseite in die Öffnungen formschlüssig eingreifen. Mit einer Stellvorrichtung kann der Abstand der rückseitigen Grundplatte so verändert werden, dass dadurch zwischen den Erhebungen und dem Rand der Öffnungen Luftdurchlässe unterschiedlicher Größe entstehen.The US 2014/0199930 A1 describes a grille for a vehicle, which a Having base plate arranged in a regular structure openings and a rear base plate with corresponding openings arranged regularly surveys. These elevations are adapted with their outer contour to the contour of the openings such that they engage positively from the back into the openings. With an adjusting device, the distance of the rear base plate can be changed so that arise between the elevations and the edge of the openings air diffusers of different sizes.
Schließlich ist es aus der GB 1 398 330 A bekannt, die Wände eines Studios oder Saals zumindest teilweise mit schallabsorbierenden Platten auszulegen, wobei motorisch verschiebbare Mittel über der Oberfläche von zumindest einigen dieser Platten angeordnet sind, um eine gewünschte Nachhallzeit zu erhalten. Die Platten umfassen ein durch eine perforierte Decklage bedecktes schallabsorbierendes Material, wobei die Perforationen in der perforierten Decklage durch die vorgenannten Mittel selektiv okkludiert werden können.Finally it is off the GB 1 398 330 A It is known to lay the walls of a studio or hall at least partially with sound-absorbing panels, wherein motor-displaceable means are arranged above the surface of at least some of these panels in order to obtain a desired reverberation time. The plates comprise a sound-absorbing material covered by a perforated cover layer, whereby the perforations in the perforated cover layer can be selectively occluded by the aforesaid means.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein akustisches Modul und ein Verfahren zum Beeinflussen von Schall in einem Raum bereitzustellen, welche die Nachteile bekannter Systeme hinsichtlich Variabilität und Flexibilität vermeiden und welche eine einfache und reproduzierbare Steuerung und Veränderung der raumakustischen Eigenschaften zulassen. Das akustische Modul soll außerhalb geschlossener Räume ebenfalls zum Einsatz kommen können.The invention has for its object to provide an acoustic module and a method for influencing sound in a room, which avoid the disadvantages of known systems in terms of variability and flexibility and which allow a simple and reproducible control and change the room acoustics. The acoustic module should also be able to be used outside of closed rooms.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein akustisches Modul zum Beeinflussen von Schall in einem Raum oder einer akustischen Umgebung im Freien mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein entsprechendes Verfahren zum Beeinflussen von Schall in einem Raum oder einer akustischen Umgebung im Freien mit den Merkmalen des Anspruchs 12.This object is achieved by an acoustic module for influencing sound in a room or an acoustic environment outdoors with the features of claim 1 and by a corresponding method for influencing sound in a room or an acoustic environment outdoors with the features of the claim 12th
Ein erfindungsgemäßes akustisches Modul zum Beeinflussen von Schall in einem Raum oder einer akustischen Umgebung im Freien umfasst einen Schallabsorber oder einen Schalldiffusor (im Folgenden allgemein als ”Schallabsorber” bezeichnet), der an der zum Rauminneren oder zur freien Umgebung gerichteten Oberfläche mit einer schallreflektierenden Oberflächenstruktur versehen ist. Diese Oberflächenstruktur ist durch mindestens einen Aktor aus einer Formgedächtnislegierung zwischen einer
- – geschlossenen Stellung, in der der Schallabsorber durch die Oberflächenstruktur verdeckt ist und die Oberflächenstruktur eine den auftreffenden Schall reflektierende Fläche bildet, und
- – einer geöffneten Stellung, in der der auftreffende Schall in den Schallabsorber eindringt,
stufenlos verstellbar, wobei die Oberflächenstruktur aus mehreren Segmenten zusammengesetzt ist, die sich in der geöffneten Stellung der Oberflächenstruktur jeweils in einem blütenartig zusammengeklappten Zustand und in der geschlossenen Stellung der Oberflächenstruktur jeweils in einem blütenartig auseinandergeklappten Zustand befinden. Hierdurch sind die Schallabsorptionsfläche des akustischen Moduls und somit raumakustische Parameter, insbesondere die Nachhallzeit im Raum oder in der akustischen Umgebung im Freien, variabel einstellbar. Das erfindungsgemäße akustische Modul ist demnach ebenfalls für Anwendungen außerhalb geschlossener Räume geeignet.An acoustic module according to the invention for influencing sound in a room or an acoustic environment outdoors comprises a sound absorber or a sound diffuser (hereinafter referred to as "sound absorber") provided with a sound-reflecting surface structure on the surface facing the interior or the free environment is. This surface structure is characterized by at least one shape memory alloy actor between one - Closed position in which the sound absorber is obscured by the surface structure and the surface structure forms a surface reflecting the incident sound, and
- An open position in which the incident sound penetrates the sound absorber,
continuously adjustable, wherein the surface structure is composed of a plurality of segments which are in the open position of the surface structure in each case in a flower-like folded state and in the closed position of the surface structure in each case in a flower-like unfolded state. As a result, the sound absorption surface of the acoustic module and thus room acoustic parameters, in particular the reverberation time in the room or in the acoustic environment outdoors, are variably adjustable. The acoustic module according to the invention is therefore also suitable for applications outside closed rooms.
Mithilfe des akustischen Moduls wird es insbesondere ermöglicht, die Akustik in Mehrzweckräumen, zum Beispiel großen Konzertsälen, die sowohl für Musikaufführungen großer Ensembles als auch für Solodarbietungen und Lesungen genutzt werden, adaptiv an die entsprechenden akustischen Anforderungen anzupassen. Dies erfolgt durch die Variation der Schallabsorptionsfläche und der damit verbundenen raumakustischen Parameter (z. B. Nachhallzeit) aufgrund der Verstellung der Oberflächenstruktur der (zum Beispiel an Wand, Boden oder Decke des Akustikraumes montierten) Module. Diese Verstellung wird erfindungsgemäß durch mindestens einen Aktor auf Basis einer Formgedächtnislegierung (kurz: Formgedächtnisaktor) bewirkt. Ein solcher Formgedächtnisaktor zeigt bei Aktivierung eine reversible Formänderung, die dazu genutzt wird, die erwünschte Verstellbewegung der Oberflächenstruktur zu erzeugen, um so die akustischen Pfade zum dahinterliegenden Schallabsorber ganz freizugegeben, teilweise freizugeben oder ganz zu verschließen.In particular, the acoustic module makes it possible to adapt the acoustics in multi-purpose rooms, for example large concert halls, which are used both for large-group music performances as well as for solo performances and readings, adaptively to the respective acoustic requirements. This is done by varying the sound absorption area and the associated room acoustic parameters (eg reverberation time) due to the adjustment of the surface structure of the modules (mounted, for example, on the wall, floor or ceiling of the acoustic room). This adjustment is inventively effected by at least one actuator based on a shape memory alloy (short: shape memory actuator). When activated, such a shape memory actuator exhibits a reversible change in shape which is used to produce the desired adjustment movement of the surface structure in order to completely release, partially release or completely close the acoustic paths to the sound absorber located behind it.
Aufgrund des hohen Arbeitsvermögens von Formgedächtnisaktoren ist es möglich, diese sehr klein zu dimensionieren und in kleinsten Bauraumabmessungen zu verbauen bzw. zu integrieren, sodass das Modul (infolge des kompakten Verstellmechanismus) sehr flexibel, zum Beispiel als Wand- oder Deckenpaneel, Kachel oder Vorhang, gestaltbar ist. Trotz ihrer hohen Leistungsfähigkeit arbeiten Formgedächtnisaktoren (im Gegensatz zu elektromotorischen Stellantrieben) nahezu geräuschlos wodurch die Möglichkeit eröffnet wird, auch während einer laufenden Musik- oder Sprachaufführung eine akustische Optimierung des Raumes vorzunehmen, ohne dabei das akustische Wohlbefinden des Publikums zu beeinträchtigen.Due to the high working capacity of shape memory actuators, it is possible to dimension them very small and to incorporate or integrate in the smallest space dimensions so that the module (due to the compact adjustment mechanism) very flexible, for example as a wall or ceiling panel, tile or curtain, is configurable. Despite their high efficiency, shape memory actuators (as opposed to electromotive actuators) operate almost silently, thereby opening up the possibility of acoustically optimizing the room during a live music or speech performance without compromising the auditory well-being of the audience.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Aktor unmittelbar oder über ein Bewegungsübertragungsmittel mit der Oberflächenstruktur verbunden. Eine durch Aktivierung und Deaktivierung des Aktors hervorgerufene Formänderung des Aktors wird somit in eine Verstellung der Oberflächenstruktur umgesetzt.According to a preferred embodiment of the invention, the actuator is connected directly or via a motion transmission means with the surface structure. One caused by activation and deactivation of the actuator Shape change of the actuator is thus converted into an adjustment of the surface structure.
In besonders kompakter, bauraum- und gewichtssparender Weise kann der Formgedächtnisaktor (ohne Zwischenschaltung einer zusätzlichen Verbindungskinematik) unmittelbar an die Oberflächenstruktur angeschlossen sein, um bei Aktivierung/Deaktivierung die gewünschte Verstellbewegung der Oberflächenstruktur zu bewirken. Um eine aus mehreren Einzelelementen (zum Beispiel Lamellen) aufgebaute Oberflächenstruktur gleichzeitig durch einen gemeinsamen Formgedächtnisaktor verstellen zu können, kann es jedoch von Vorteil sein, zur Übertragung der Stellbewegung vom Aktor auf diese Einzelelemente ein einfaches Bewegungsübertragungsmittel einzusetzen. In jedem Fall wird aber durch die Verwendung eines Formgedächtnisaktors eine sehr kleine und leichte Antriebseinheit zum Verstellen der Oberflächenstruktur geschaffen, die problemlos in ein beliebig gestaltetes Modul auch in nächster räumlicher Nähe zur Oberflächenstruktur verbaut oder integriert werden kann.In a particularly compact, space-saving and weight-saving manner, the shape memory actuator (without interposition of an additional connection kinematics) may be connected directly to the surface structure in order to effect the desired adjustment movement of the surface structure upon activation / deactivation. In order to be able to simultaneously adjust a surface structure constructed from a plurality of individual elements (for example lamellae) by a common shape memory actuator, it may be advantageous, however, to use a simple motion transmission means for transmitting the adjusting movement from the actuator to these individual elements. In any case, however, a very small and lightweight drive unit for adjusting the surface structure is created by the use of a shape memory actuator, which can be easily installed or integrated in an arbitrarily designed module in the next spatial proximity to the surface structure.
Eine andere besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Aktor zwischen dem Schallabsorber und der Oberflächenstruktur angeordnet ist.Another particularly preferred embodiment of the invention provides that the actuator between the sound absorber and the surface structure is arranged.
NiTi-Formgedächtnisdrähte mit einem Durchmesser von nur 0.3 mm sind bereits in der Lage, ein Gewicht von ca. 6 kg anzuheben. Eine Anordnung solcher Formgedächtnisdrähte auf der vom Rauminneren abgewandten Rückseite der Oberflächenstruktur zwischen Oberflächenstruktur und Schallabsorber führt daher zu einer unerheblichen Zunahme der Moduldicke und des Modulgewichtes. Im Gegensatz zu den groß und schwer bauenden elektromotorischen Stellantrieben kann die Formgedächtnisaktorik unsichtbar (ohne Störung des visuellen Gesamteindrucckes) in die Modulstruktur integriert werden. Somit ist es möglich, das Modul in seiner Gestaltung derart an bestehende z. B. historische Gebäude anzupassen, dass das Erscheinungsbild des Gebäudes nicht beeinträchtigt wird.NiTi shape memory wires with a diameter of only 0.3 mm are already able to lift a weight of about 6 kg. An arrangement of such shape memory wires on the back of the surface structure facing away from the interior of the surface structure between surface structure and sound absorber therefore leads to an insignificant increase in the module thickness and the module weight. In contrast to the large and heavy electromotive actuators, the shape memory actuator can be integrated into the module structure invisibly (without disturbing the overall visual impression). Thus, it is possible, the module in its design such existing z. For example, to adapt historic buildings so that the appearance of the building is not compromised.
In noch einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Aktor in einen elektrischen Stromkreis geschaltet und zur Aktivierung einer Formänderung durch den hindurchfließenden elektrischen Strom aufheizbar.In yet another particularly preferred embodiment of the invention, the actuator is connected in an electrical circuit and can be heated to activate a change in shape by the electrical current flowing therethrough.
Der durch den Formgedächtnisaktor hindurchfließende elektrische Strom wird gemäß der Gleichung Q = R × I2 in Wärme umgewandelt. Der hierdurch hervorgerufene Temperaturanstieg im Formgedächtnisaktor führt bei Über- bzw. Unterschreiten einer Grenztemperatur zu der als Formgedächtniseffekt (Memory-Effekt) bezeichneten Gefügeumwandlung der Formgedächtnislegierung. Infolge dieser Gefügeumwandlung ändern Bauelemente aus Formgedächtnislegierungen ihre Abmessungen im Bereich der Grenztemperatur um bis zu 5%. Dadurch werden erhebliche Stellkräfte aktiviert, die vorliegend in die Verstellbewegung zum Schließen und Öffnen der Oberflächenstruktur umgesetzt werden.The electric current flowing through the shape memory actuator is converted into heat according to the equation Q = R × I 2 . The temperature rise in the shape memory actuator caused thereby leads to the structural transformation of the shape memory alloy, which is referred to as a shape memory effect (memory effect), when the limit temperature is exceeded or fallen short of. As a result of this structural transformation, components made of shape memory alloys change their dimensions in the range of the limit temperature by up to 5%. As a result, significant actuating forces are activated, which are implemented in the present case in the adjusting movement for closing and opening the surface structure.
In noch einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das akustische Modul eine Ansteuerelektronik zur Regelung des durch den Aktor fließenden elektrischen Stroms, um eine stufenlose Formänderung des Aktors und Verstellung der Oberflächenstruktur zu ermöglichen.In a further embodiment of the invention, the acoustic module comprises a control electronics for controlling the current flowing through the actuator electrical current to allow a continuous change in shape of the actuator and adjustment of the surface structure.
Durch eine stufenlose Einstellbarkeit der Formänderung des Formgedächtnisaktors kann die Verstellung der Oberflächenstruktur relativ zum feststehenden Schallabsorber genau festlegt werden. Folglich kann die Oberflächenstruktur nicht nur die beiden Extremstellungen (nämlich die geschlossene Stellung, in der der auftreffende Schall vollkommen reflektiert wird, und die geöffnete Stellung, in der der Schall vollkommen absorbiert wird), sondern auch jede andere beliebige Zwischenstellung zwischen diesen beiden Extremstellungen einnehmen. Durch die mittels der Ansteuerelektronik verwirklichte Regelung des am Formgedächtnisaktor anliegenden elektrischen Stroms kann somit das akustische Verhalten des Moduls im Hinblick auf seine Schallabsorptionsfläche genau eingestellt werden. Dadurch lässt sich wiederum die Nachhallzeit im Raum auf einfache Weise stufenlos regulieren und an die jeweilige Nutzung des Raumes anpassen. Die weiteren akustischen Parameter wie Klarheitsmaß, Bassverhältnis, Early Decay Time EDT oder Sprachübertragungsindex können durch die stufenlose Einstellung der Raumakustik ebenfalls an die jeweilige Nutzung optimal angepasst werden.By a stepless adjustability of the shape change of the shape memory actuator, the adjustment of the surface structure relative to the fixed sound absorber can be accurately determined. Consequently, the surface structure can occupy not only the two extreme positions (namely the closed position in which the incident sound is completely reflected and the open position in which the sound is completely absorbed) but also any other intermediate position between these two extreme positions. As a result of the regulation of the electric current applied to the shape memory actuator by means of the control electronics, the acoustic behavior of the module can be precisely set with regard to its sound absorption surface. This in turn allows the reverberation time in the room to be regulated in a simple manner and adapted to the particular use of the room. The other acoustic parameters such as clarity, bass ratio, early decay time EDT or voice transmission index can also be optimally adapted to the respective use by the continuous adjustment of the room acoustics.
In bevorzugter Weise ist im erfindungsgemäßen akustischen Modul der Aktor aus mindestens einem Formgedächtnisdraht gebildet. Dieser Formgedächtnisdraht ist vorzugsweise bei Aktivierung gegen den Zug einer Rückstellfeder kontrahierbar und bei Deaktivierung von der Rückstellfeder wieder zu einer Ausgangslänge expandierbar.Preferably, in the acoustic module according to the invention, the actuator is formed from at least one shape memory wire. This shape memory wire is preferably contractible upon activation against the train of a return spring and expandable again to an initial length upon deactivation of the return spring.
Formgedächtnisdraht und Rückstellfeder bilden eine äußerst einfache nach dem extrinsischen Zweiwegeffekt arbeitende Aktorik. Durch Anlegen eines elektrischen Stroms zieht sich der Draht gegen den Widerstand der Rückstellfeder zusammen. Um den Draht in seine Ausgangskonfiguration zurückzubringen, sobald der Strom ausgeschaltet wird, ist eine Rückstellfeder vorgesehen.Shape memory wire and return spring form an extremely simple after the extrinsic two-way effect working actuators. By applying an electric current, the wire contracts against the resistance of the return spring. To return the wire to its initial configuration once the power is turned off, a return spring is provided.
Bei entsprechender Auslegung und Konstruktion des Moduls kann allerdings auch die eigene Steifigkeit bzw. die Gewichtskraft der beweglichen Oberflächenstruktur als Rückstellmechanismus für den Formgedächtnisaktor dienen.With appropriate design and construction of the module but also the own stiffness or the weight of the movable surface structure serve as a return mechanism for the shape memory actuator.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:Further details and advantages of the invention are explained below with reference to two exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. Showing:
1 ein akustisches Modul gemäß einem ersten, nicht von der Erfindung umfassten Ausführungsbeispiel mit geschlossener Oberflächenstruktur bei deaktivierter Formgedächtnisaktorik; 1 an acoustic module according to a first, not covered by the invention embodiment with closed surface structure with deactivated shape memory actuator;
2 das akustische Modul aus 1 mit geöffneter Oberflächenstruktur bei aktivierter Formgedächtnisaktorik; 2 the acoustic module off 1 with opened surface structure with activated shape memory actuators;
3 ein akustisches Modul gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit geöffneter Oberflächenstruktur bei deaktivierter Formgedächtnisaktorik; 3 an acoustic module according to an embodiment of the invention with opened surface structure with deactivated shape memory actuator;
3a eine Detailansicht des akustischen Moduls der 3 im Bereich eines zur Abdeckung der Lochplatte verwendeten Segments; und 3a a detailed view of the acoustic module of 3 in the area of a segment used to cover the perforated plate; and
4 das akustische Modul aus 3 mit geschlossener Oberflächenstruktur bei aktivierter Formgedächtnisaktorik. 4 the acoustic module off 3 with closed surface structure with activated shape memory actuators.
Die Erfindung eröffnet durch den Einsatz von akustischen Modulen 1 mit integrierter Formgedächtnisaktorik die Möglichkeit zur stufenlosen Veränderung raumakustischer Parameter (insbesondere der Nachhallzeit) in einem Akustikraum oder im Freien (z. B. Freilichtbühnen etc.).The invention opens up by the use of acoustic modules 1 with integrated shape memory actuators, the possibility of continuously changing room acoustic parameters (in particular the reverberation time) in an acoustic room or outdoors (eg open-air stages, etc.).
In 1 und 2 und 3 und 4 sind zwei Ausführungsbeispiele für ein akustisches Modul 1 in Form eines Wandpaneels jeweils in einer Seitenansicht und in einer Ansicht auf die dem Rauminneren zugewandte Vorderseite dargestellt. Beiden Ausführungsbeispielen gemein ist, dass das akustische Modul 1 jeweils ein annähernd quaderförmiges Gehäuse 9 umfasst, in dessen Innenraum ein Schallabsorber 2 aufgenommen ist. Der Schallabsorber 2 ist aus einem porösen Absorber, zum Beispiel aus Mineralfasern oder Schäumen, gebildet, sodass der in die Poren des Schallabsorbers 2 eindringende Schall durch Reibung in Wärmeenergie umwandelbar ist. Daher verfügt der Schallabsorber 2 über einen Schallabsorptionsgrad von annähernd 1.In 1 and 2 and 3 and 4 are two embodiments of an acoustic module 1 represented in the form of a wall panel in each case in a side view and in a view of the interior of the room facing the front. Common to both embodiments is that the acoustic module 1 in each case an approximately cuboid housing 9 includes, in the interior of which a sound absorber 2 is included. The sound absorber 2 is made of a porous absorber, for example made of mineral fibers or foams, so that in the pores of the sound absorber 2 penetrating sound is convertible by friction into heat energy. Therefore, the sound absorber has 2 over a sound absorption coefficient of approximately 1.
Weiter ist in beiden Ausführungsbeispielen nach 1 bis 4 das Gehäuse 9 auf der zum Rauminneren hin gerichteten Vorderseite jeweils von einer Lochplatte 11 begrenzt. Diese Lochplatte 11 weist mehrere vertikal übereinander angeordnete Lochreihen 13 auf, wobei jede Lochreihe 13 aus mehreren in horizontaler Richtung gleichmäßig durch einen dünnen Steg 10 voneinander beabstandeten Löchern 12 gebildet ist. Die Lochplatte 11 dient zum einen dem mechanischen Schutz des Schallabsorbers 2 und sorgt zum anderen gleichzeitig für eine ausreichende Schalldurchlässigkeit, sodass die Schallwellen durch die Löcher 12 in den Schallabsorber 2 eindringen können. Von Lochreihe 13 zu Lochreihe 13 sind die Löcher 12 in horizontaler Richtung um eine halbe Lochbreite versetzt, sodass die Fläche der Lochplatte 11 zur Verwirklichung einer hohen Schalldurchlässigkeit optimal von Löchern 12 ausgefüllt ist.Next is in both embodiments 1 to 4 the housing 9 on the front of the room directed towards the front of each of a perforated plate 11 limited. This perforated plate 11 has several vertically stacked rows of holes 13 on, with each row of holes 13 from several in the horizontal direction evenly through a thin web 10 spaced apart holes 12 is formed. The perforated plate 11 On the one hand serves the mechanical protection of the sound absorber 2 and at the same time ensures sufficient sound transmission, so that the sound waves through the holes 12 in the sound absorber 2 can penetrate. From hole row 13 to hole row 13 are the holes 12 offset in the horizontal direction by half a hole width, so that the surface of the perforated plate 11 to achieve a high sound transmission of holes optimal 12 is filled.
Auf der dem Rauminneren zugewandten Vorderseite der Lochplatte 11 ist wiederum jeweils eine Oberflächenstruktur 3 angebracht. Die Oberflächenstruktur 3 ist aus einem glatten, schallharten (das heißt den gesamten Schall reflektierenden) Material gefertigt. Zur variablen Einstellung der Schallabsorptionsfläche und somit zur variablen Einstellung der raumakustischen Parameter (z. B. Nachhallzeit) im Akustikraum ist die Oberflächenstruktur 3 relativ zur Lochplatte 11 in unterschiedliche Stellungen bewegbar.On the inside of the room facing the front of the perforated plate 11 is in turn each a surface structure 3 appropriate. The surface structure 3 is made of a smooth, reverberant (that is, the entire sound reflecting) material. For the variable adjustment of the sound absorption surface and thus for the variable adjustment of the room acoustic parameters (eg reverberation time) in the acoustic room is the surface structure 3 relative to the perforated plate 11 movable in different positions.
1 und 4 zeigen die Oberflächenstruktur 3 jeweils in einer geschlossenen Stellung, bei der die zum Rauminneren hin gerichtete Oberfläche des Moduls 1 nur von der glattflächigen, den auftreffenden Schall reflektierenden Oberflächenstruktur 3 gebildet wird. Die Löcher 12 der Lochplatte 11 sind dabei durch die Oberflächenstruktur 3 vollständig abgedeckt, sodass der Schall nicht durch diese Löcher 12 in den Schallabsorber 2 eintreten kann. Der Schallabsorptionsgrad des Moduls 1 beträgt demzufolge in dieser geschlossenen Stellung annähernd 0. Aufgrund der (nahezu) vollständigen Schallreflexion durch das Modul 1 wird die Nachhallzeit im Akustikraum erhöht. Ein ausgeprägter Nachhall ist insbesondere für eine im Akustikraum stattfindende klassische Musikdarbietung wünschenswert, um für die Mitwirkenden und Zuhörer eine optimale Klangqualität zu erzeugen. 1 and 4 show the surface structure 3 each in a closed position, in which the surface of the module directed towards the interior of the room 1 only from the smooth surface, the incident sound reflecting surface structure 3 is formed. The holes 12 the perforated plate 11 are there by the surface structure 3 completely covered, so that the sound is not through these holes 12 in the sound absorber 2 can occur. The sound absorption coefficient of the module 1 is therefore approximately 0. in this closed position due to the (almost) complete sound reflection by the module 1 the reverberation time in the acoustic room is increased. A pronounced reverberation is particularly desirable for a classical music performance taking place in the acoustic room in order to produce an optimal sound quality for the participants and listeners.
In 2 und 3 befindet sich die Oberflächenstruktur 3 des Moduls 1 hingegen jeweils in einer geöffneten Stellung. In dieser geöffneten Stellung sind die Schallpfade durch die Löcher 12 der Lochplatte 11 in den dahinterliegenden Schallabsorber 2 freigegeben. Demzufolge werden die Schallwellen nicht wie in der geschlossenen Stellung nach 1 und 4 reflektiert, sondern durch den dahinterliegenden Schallabsorber 2 annähernd vollständig absorbiert. Der Schallabsorptionsgrad des Moduls 1 beträgt demzufolge in dieser geöffneten Stellung der Oberflächenstruktur 3 nach 2 und 3 nahezu 1. Die gesamte zum Rauminneren gerichtete Oberfläche des Moduls 1 stellt somit eine Schallabsorptionsfläche dar, wodurch zu einer Reduzierung der Nachhallzeit im Akustikraum beigetragen wird. Nach Sabine gilt für die Nachhallzeit T = 0.163 × V/A, wobei V das Raumvolumen und A die äquivalente Absorptionsfläche bezeichnen. Folglich verhält sich die Nachhallzeit T umgekehrt proportional zu der äquivalenten Absorptionsfläche A. In Räumen, in denen bei Sprachdarbietungen (Vorlesungen, Vorträge) die Sprachverständlichkeit nicht durch eine zu hohe Nachhallzeit beeinträchtigt werden soll, ist es daher wünschenswert, die Schallabsorptionsfläche durch ein Öffnen der Oberflächenstruktur 3 gemäß 2 und 3 zu vergrößern.In 2 and 3 is the surface structure 3 of the module 1 however, each in an open position. In this open position the sound paths are through the holes 12 the perforated plate 11 in the underlying sound absorber 2 Approved. As a result, the sound waves do not recede as in the closed position 1 and 4 reflected, but by the underlying sound absorber 2 almost completely absorbed. The sound absorption coefficient of the module 1 is therefore in this open position of the surface structure 3 to 2 and 3 almost 1. The entire surface of the module facing the interior of the room 1 thus represents a sound absorbing surface, which contributes to a reduction of the reverberation time in the acoustic room. According to Sabine, the reverberation time is T = 0.163 × V / A, where V denotes the volume of space and A the equivalent absorption area. Consequently, the reverberation time T behaves inversely proportional to the equivalent absorption area A. In rooms in which speech intelligibility is not to be impaired by too high a reverberation time in speech performances (lectures, lectures), it is therefore desirable to open the sound absorption surface by opening the surface structure 3 according to 2 and 3 to enlarge.
In beiden Ausführungsbeispielen wird die Verstellung der Oberflächenstruktur 3 dadurch bewerkstelligt, dass die Oberflächenstruktur 3 mit mindestens einem aus einer Formgedächtnislegierung (zum Beispiel einer NiTi-Formgedächtnislegierung) bestehenden Aktor 4 unmittelbar oder mittelbar (über ein Bewegungsübertragungsmittel 5) verbunden ist. Nach der Aktivierung des Aktors 4 kommt es zu einer kristallografischen Gefügeumwandlung der Formgedächtnislegierung und damit zu einer Formänderung des Aktors 4. Diese Formänderung wird als Stellbewegung vom Aktor 4 an die Oberflächenstruktur 3 übertragen, um diese von einer geschlossenen in eine geöffnete Stellung (gemäß 1 und 2) oder von einer geschlossenen in eine geöffnete Stellung (gemäß 3 und 4) zu überführen.In both embodiments, the adjustment of the surface structure 3 thereby accomplished that the surface structure 3 at least one actuator made of a shape memory alloy (for example, a NiTi shape memory alloy) 4 directly or indirectly (via a motion transmission medium 5 ) connected is. After activation of the actuator 4 There is a crystallographic microstructure transformation of the shape memory alloy and thus a change of shape of the actuator 4 , This change in shape is called the actuating movement of the actuator 4 to the surface structure 3 transferred to this from a closed to an open position (according to 1 and 2 ) or from a closed to an open position (according to 3 and 4 ).
Die Formgedächtnislegierung des Aktors 4 wird dabei jeweils über eine Temperaturerhöhung aktiviert. Die Temperaturerhöhung der Formgedächtnislegierung erfolgt durch direkten Stromfluss durch den Aktor 4. Der Aktor 4 ist hierzu jeweils in einen elektrischen Stromkreis geschaltet. Allerdings sind auch andere Möglichkeiten zur Temperaturerhöhung, beispielsweise durch induktives Heizen oder durch ein elektrisches Feld, vorstellbar.The shape memory alloy of the actuator 4 is activated in each case via a temperature increase. The temperature increase of the shape memory alloy is effected by direct current flow through the actuator 4 , The actor 4 is in each case connected in an electrical circuit. However, other possibilities for increasing the temperature, for example by inductive heating or by an electric field, conceivable.
In den beiden Ausführungsbeispielen nach 1 bis 4 ist der Aktor 4 als Formgedächtnisdraht ausgebildet. Die bei Aktivierung eintretende Formänderung des Aktors 4 erfolgt daher als eine Kontraktion des Formgedächtnisdrahts in axialer Richtung. Diese Kontraktion wird als Stellbewegung zum Freigeben bzw. Blockieren der Schallpfade im Modul 1 genutzt. Weiterhin wird in beiden Ausführungsbeispielen nach 1 bis 4 der Formgedächtnisdraht 4 jeweils mit einer Rückstellfeder 7 gekoppelt. Wird ein Strom I ≠ 0 in die Anordnung eingespeist, dann führt der Stromfluss durch den Draht 4 infolge des elektrischen Eigenwiderstands zu dessen Erwärmung. Nach Überschreiten einer Grenztemperatur Tgrenz beginnt der Formgedächtnisdraht 4 mit seiner Längenkontraktion. Die lineare Kontraktion des Formgedächtnisdrahts 4 wird unmittelbar oder mittelbar über ein Bewegungsübertragungsmittel 5 an die Oberflächenstruktur 3 übertragen, um diese relativ zur darunterliegenden Lochplatte 11 in eine geöffnete oder in eine geschlossene Stellung zu bewegen.In the two embodiments according to 1 to 4 is the actor 4 designed as a shape memory wire. The change in shape of the actuator occurring upon activation 4 Therefore, it takes place as a contraction of the shape memory wire in the axial direction. This contraction is used as an actuating movement to release or block the sound paths in the module 1 used. Furthermore, in both embodiments 1 to 4 the shape memory wire 4 each with a return spring 7 coupled. If a current I ≠ 0 is fed into the arrangement, then the current flow leads through the wire 4 due to the electrical resistance to its heating. After exceeding a threshold temperature T grenz begins the shape memory wire 4 with its length contraction. The linear contraction of the shape memory wire 4 is directly or indirectly via a motion transfer means 5 to the surface structure 3 transferred to this relative to the underlying perforated plate 11 to move into an open or a closed position.
Durch die entsprechende Rückstellfeder 7, welche eine Zugkraft auf den Formgedächtnisdraht 4 ausübt, wird der Draht 4 in die entgegengesetzte Richtung bewegt, sobald die Temperatur des Drahts 4 nach Abschalten des Stroms absinkt und sich dieser durch die Federkraft der Rückstellfeder 7 wieder expandieren lässt. Im Ergebnis bilden der Formgedächtnisdraht 4 und die Rückstellfeder 7 einen äußerst einfach und kompakt aufgebauten bidirektionalen Stellantrieb zur aktiven Verstellung der Oberflächenstruktur 3. Ein solcher Stellantrieb beansprucht ein geringes Volumen und kann daher platzsparend in die Modulstruktur integriert werden. Zudem bietet ein solcher Stellantrieb aufgrund der geringen Teileanzahl eine ausgezeichnete Dynamik im Aufbringen der Stellbewegung.By the corresponding return spring 7 which has a tensile force on the shape memory wire 4 wields, the wire becomes 4 moved in the opposite direction as soon as the temperature of the wire 4 after switching off the current drops and this by the spring force of the return spring 7 let expand again. As a result, the shape memory wire form 4 and the return spring 7 An extremely simple and compact bidirectional actuator for active adjustment of the surface structure 3 , Such an actuator takes up a small volume and can therefore be integrated to save space in the module structure. In addition, such an actuator provides excellent dynamics in applying the adjusting movement due to the low number of parts.
Um eine stufenlose Formänderung des Aktors 4 und Verstellung der Oberflächenstruktur 3 zu ermöglichen, wird der durch den Aktor 4 fließende Strom in den beiden Ausführungsbeispielen nach 1 bis 4 jeweils durch eine Ansteuerelektronik 6 geregelt. Diese Ansteuerelektronik 6 ist in die obere Begrenzungswand des Gehäuses 9 integriert. Es ist damit vorteilhafterweise für die Ansteuerelektronik 6 kein zusätzlicher Gehäuseraum erforderlich, da hier lediglich die obere Begrenzungswand des ohnehin für die Aufnahme des Schallabsorbers 2 benötigten Gehäuses 9 genutzt wird. Damit lässt sich auf sehr einfache, jedoch effektive Weise ein sehr kompaktes Modul 1 bereitstellen, welches als zusätzliche Funktionalität eine Ansteuerelektronik 6 zur geregelten Bestromung des Aktors 4 enthält. Infolgedessen kann die Oberflächenstruktur 3 unabhängig und zusätzlich zu den beiden in 1 und 4 und 2 und 3 gezeigten Extremstellungen (geschlossene und geöffnete Stellung) auch jede andere beliebige Zwischenstellung einnehmen. Je nach Stellung der Oberflächenstruktur 3 kann somit die Schallabsorptionsfläche des Moduls 1 variabel eingestellt werden, um somit die Nachhallzeit im Akustikraum entsprechend fein zu justieren.To a stepless change in shape of the actuator 4 and adjustment of the surface structure 3 to be enabled by the actor 4 flowing current in the two embodiments after 1 to 4 each by a control electronics 6 regulated. This control electronics 6 is in the upper boundary wall of the housing 9 integrated. It is thus advantageously for the control electronics 6 no additional housing space required because only the upper boundary wall of the already for the recording of the sound absorber 2 required housing 9 is being used. This is a very simple but effective way a very compact module 1 provide, which as additional functionality a control electronics 6 for controlled energization of the actuator 4 contains. As a result, the surface texture 3 independent and in addition to the two in 1 and 4 and 2 and 3 shown extreme positions (closed and open position) also take any other arbitrary intermediate position. Depending on the position of the surface structure 3 can thus the sound absorption surface of the module 1 be adjusted variably, so as to adjust the reverberation time in the acoustic room accordingly fine.
Versteht man die in 2 und 4 dargestellte Längenkontraktion des Formgedächtnisdrahts 4 jeweils als Maximalkontraktion, die durch die im Draht 4 bei einer Stromstärke Imax vorliegenden Temperatur Tmax erzeugt wird, so führt auch eine weitere Temperaturerhöhung durch eine größere Stromstärke I > Imax nicht zu einer weiteren Kontraktion des Drahts 4. Demzufolge stellt die in 2 und 4 gezeigte Stellung der Oberflächenstruktur 3 die maximale Öffnungsstellung (2) bzw. die maximale Schließstellung (4) dar. Durch eine gezielte von der Ansteuerelektronik 6 geregelte Zuführung eines Stroms 0 ≤ I ≤ Imax aus einer Stromquelle kann der Draht 4 auf eine beliebige Temperatur Tgrenz ≤ T ≤ Tmax zwischen der Grenztemperatur Tgrenz und der Maximaltemperatur Tmax erwärmt werden, sodass die Oberflächenstruktur 3 auch jede beliebige Zwischenstellung zwischen der geschlossenen und geöffneten Stellung einnehmen kann.Do you understand the in 2 and 4 illustrated length contraction of the shape memory wire 4 each as a maximum contraction, by the one in the wire 4 is generated at a current intensity I max present temperature T max , so also leads to a further increase in temperature by a larger current I> I max not to a further contraction of the wire 4 , As a result, the in 2 and 4 shown position of the surface structure 3 the maximum opening position ( 2 ) or the maximum closed position ( 4 ) dar. By a targeted by the control electronics 6 Controlled supply of a current 0 ≤ I ≤ I max from a power source can be the wire 4 to an arbitrary temperature T cross ≤ T ≤ T max between the limit temperature T limit and the maximum temperature T max are heated, so that the surface structure 3 Also any intermediate position between the closed and open position can take.
Auch andere Bauweisen, bei welchen ein stromloses Halten jeglicher Zwischenpositionen sowie der beiden Extrempositionen (offen und geschlossen) z. B. durch Rastvorrichtungen realisiert wird, sind denkbar und Gegenstand der Erfindung.Other types of construction in which a currentless hold any intermediate positions and the two extreme positions (open and closed) z. B. is realized by locking devices, are conceivable and subject of the invention.
Der vorerläuterte prinzipielle Aufbau des Moduls 1 aus einem Schallabsorber 2 und einer mittels einer Formgedächtnisaktorik stufenlos verstellbaren Oberflächenstruktur 3 ist in den beiden Ausführungsbeispielen nach einerseits 1 und 2 und andererseits 3 und 4 gleich. Die beiden Ausführungsbeispiele unterscheiden sich jedoch in der Art und Weise, wie die Formgedächtnisaktorik und die damit verbundene Oberflächenstruktur 3 im Einzelnen aufgebaut sind. Diese Unterschiede werden im Folgenden ausführlicher beschrieben.The above-explained basic structure of the module 1 from a sound absorber 2 and a continuously variable surface texture by means of a shape memory actuator 3 is on the one hand in the two embodiments 1 and 2 and on the other hand 3 and 4 equal. However, the two embodiments differ in the manner in which the shape memory actuator and the associated surface structure 3 are constructed in detail. These differences are described in more detail below.
1 und 2 zeigen ein erstes nicht von der Erfindung umfasstes Ausführungsbeispiel des Moduls 1 in einer geschlossenen Ausgangstellung der Oberflächenstruktur 3 (1) und in einer maximal geöffneten Endstellung der Oberflächenstruktur 3 (2). In diesem ersten Ausführungsbeispiel ist die Oberflächenstruktur 3 aus mehreren jalousieartig vertikal übereinander angeordneten Lamellen 15 gebildet. Die Lamellen 15 erstrecken sich dabei jeweils großflächig über die gesamte Breite der Lochplatte 11. In vertikaler Richtung sind die Lamellen 15 gleichmäßig so weit voneinander beabstandet, dass sich bei der (in 1 gezeigten) geschlossenen Stellung die vertikal benachbarten Lamellen 15 teilweise überlappen, wodurch ein schalldichter Verschluss der darunterliegenden Löcher 12 der Lochplatte 11 sichergestellt und somit ein Eindringen von Schall in den Schallabsorber 2 ausgeschlossen wird. 1 and 2 show a first not embraced by the invention embodiment of the module 1 in a closed starting position of the surface structure 3 ( 1 ) and in a maximum open end position of the surface structure 3 ( 2 ). In this first embodiment, the surface structure 3 from several louvered vertically stacked slats 15 educated. The slats 15 each extend over a large area over the entire width of the perforated plate 11 , In the vertical direction are the slats 15 evenly spaced so far apart that at the (in 1 shown) closed position, the vertically adjacent slats 15 partially overlap, creating a soundproof closure of the underlying holes 12 the perforated plate 11 ensured and thus a penetration of sound into the sound absorber 2 is excluded.
Die Lamellen 15 sind jeweils mit einem Ende an einer Verstellstange 5 um eine Schwenkachse schwenkbar befestigt. Die Verstellstange 5 ist auf der vom Rauminneren abgewandten Rückseite der Lamellen 15 in einem freien Zwischenraum zwischen Schallabsorber 2 und Lochplatte 11 angeordnet. Durch eine translatorische Verlagerung dieser Verstellstange 5 können die Lamellen 15 um ihre Schwenkachse gedreht und somit der Neigungswinkel der Lamellen 15 relativ zur Lochplatte 11 geändert werden. Bei einer vertikal nach unten gerichteten Bewegung der Verstellstange 5 werden alle Lamellen 15 gleichzeitig und gleichsinnig entgegen der Uhrzeigerrichtung um ihre Schwenkachse von der vertikalen (in 1 gezeigten) Position in die horizontale (in 2 gezeigte) Position gedreht. Bei einer entgegengesetzten, vertikal nach oben gerichteten Bewegung der Verstellstange 5 werden alle Lamellen 15 gleichzeitig und gleichsinnig in Uhrzeigerrichtung um ihre Schwenkachse von der horizontalen (in 2 gezeigten) Position wieder zurück in die vertikale (in 1 gezeigte) Position gedreht.The slats 15 are each with one end to an adjustment rod 5 attached pivotally about a pivot axis. The adjusting rod 5 is on the back of the slats facing away from the interior of the room 15 in a free space between sound absorber 2 and perforated plate 11 arranged. By a translational displacement of this adjustment rod 5 can the slats 15 rotated about its pivot axis and thus the angle of inclination of the slats 15 relative to the perforated plate 11 be changed. In a vertically downward movement of the adjusting rod 5 be all slats 15 simultaneously and in the same direction counterclockwise about its pivot axis from the vertical (in 1 shown) position in the horizontal (in 2 shown) position rotated. In an opposite, vertically upward movement of the adjusting rod 5 be all slats 15 simultaneously and in the same direction clockwise about its pivot axis from the horizontal (in 2 shown) position back to the vertical (in 1 shown) position rotated.
Um die vorgeschilderte Öffnungs- und Schließbewegung der Lamellen 15 zu erzeugen, ist die Verstellstange 5 durch einen Antriebsmechanismus in eine translatorische Bewegung versetzbar. Erfindungsgemäß kommt als Antriebsmechanismus ein Formgedächtnisaktor 4, also ein Aktor 4 aus einer Formgedächtnislegierung zum Einsatz. Die Verstellstange 5 bildet ein Bewegungsübertragungsmittel, um die bei Aktivierung/Deaktivierung eintretende Formänderung des Formgedächtnisaktors 4 in eine Stellbewegung für die Lamellen 15 umzuwandeln.To the vorilderte opening and closing movement of the slats 15 to produce, is the adjustment rod 5 be displaced by a drive mechanism in a translational movement. According to the invention comes as a drive mechanism a shape memory actuator 4 So an actor 4 made of a shape memory alloy for use. The adjusting rod 5 forms a motion-transmitting means around the change in shape of the shape memory actuator occurring upon activation / deactivation 4 in an actuating movement for the slats 15 convert.
Im ersten Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 ist der Formgedächtnisaktor 4 als Formgedächtnisdraht ausgebildet, der sich in vertikaler Richtung parallel zur Verstellstange 5 und zur Oberfläche der Lochplatte 11 erstreckt. Bereits dünne NiTi-Formgedächtnisdrähte sind in der Lage, hohe Stellkräfte zu erzeugen. Demzufolge kann der Formgedächtnisdraht 4 – wie bereits die Verstellstange 5 – problemlos im eng begrenzten Zwischenraum zwischen Schallabsorber 2 und Lochplatte 11 untergebracht werden. Außerdem ist gemäß 1 und 2 eine Rückstellfeder 7 koaxial oberhalb mit dem Formgedächtnisdraht 4 verbunden. Diese Rückstellfeder 7 bildet zusammen mit dem Formgedächtnisdraht 4 einen bidirektionalen Stellantrieb, um die Verstellstange 5 in eine translatorische Auf- und Abbewegung zu versetzen.In the first embodiment according to 1 and 2 is the shape memory factor 4 formed as a shape memory wire, which is parallel to the adjusting rod in the vertical direction 5 and to the surface of the perforated plate 11 extends. Already thin NiTi shape memory wires are able to generate high restoring forces. As a result, the shape memory wire 4 - like the adjusting rod 5 - easily in the narrow space between the sound absorber 2 and perforated plate 11 be housed. In addition, according to 1 and 2 a return spring 7 coaxially above with the shape memory wire 4 connected. This return spring 7 forms together with the shape memory wire 4 a bidirectional actuator to the adjustment rod 5 to translate into a translational up and down movement.
Im deaktivierten (unbestromten) Zustand des Formgedächtnisdrahts 4 gemäß 1 nimmt dieser seine maximale Länge ein. Die Verstellstange 5 wird dabei in der obersten Position gehalten, sodass die damit schwenkbar verbundenen Lamellen 15 in einer vertikalen Position einander teilweise überlappend aufeinander liegen. Die Lamellen 15 bilden in dieser Position eine geschlossene Oberflächenstruktur 3, die die akustischen Pfade zu dem dahinterliegenden Schallabsorber 2 vollkommen blockiert. Die auf das Modul 1 treffenden Schallwellen werden daher in der geschlossenen Stellung gemäß 1 durch die von den Lamellen 15 gebildete geschlossene Oberflächenstruktur 3 annähernd vollständig reflektiert, wodurch die Nachhallzeit im Akustikraum erhöht wird.In the deactivated (non-energized) state of the shape memory wire 4 according to 1 this takes its maximum length. The adjusting rod 5 is held in the uppermost position so that the slats pivotally connected thereto 15 in a vertical position lie partially overlapping each other. The slats 15 form a closed surface structure in this position 3 showing the acoustic paths to the underlying sound absorber 2 completely blocked. The on the module 1 therefore, in the closed position according to 1 through the lamellae 15 formed closed surface structure 3 almost completely reflected, whereby the reverberation time is increased in the acoustic room.
Eine Aktivierung des Formgedächtnisdrahts 4 durch die verbaute Ansteuerelektronik 6 führt zu einer Kontraktion des Formgedächtnisdrahts 4 entsprechend dem Übergang von 1 nach 2. Infolge dieser Kontraktion werden die Lamellen 15 von der vertikalen (liegenden) Position gemäß 1 jeweils zu einer horizontalen (stehenden) Position gemäß 2 aufgeklappt. Durch dieses Aufklappen der Lamellen 15 werden die akustischen Pfade durch die Löcher 12 der Lochplatte 11 in den dahinterliegenden Schallabsorber 2 vollkommen freigegeben. Somit werden die Schallwellen nicht wie im Ausgangszustand nach 1 reflektiert, sondern nun durch den Schallabsorber 2 absorbiert, was eine Verringerung der Nachhallzeit im Akustikraum zur Folge hat.An activation of the shape memory wire 4 through the installed control electronics 6 leads to a contraction of the shape memory wire 4 according to the transition from 1 to 2 , As a result of this contraction, the lamellae become 15 from the vertical (lying) position according to 1 each to a horizontal (standing) position according to 2 opened. Through this unfolding of the slats 15 Be the acoustic paths through the holes 12 the perforated plate 11 in the underlying sound absorber 2 completely released. Thus, the sound waves do not become as in the initial state 1 reflected, but now through the sound absorber 2 absorbed, resulting in a reduction of the reverberation time in the acoustic room.
Bei Deaktivierung, also nach Abschalten des durch den Formgedächtnisdraht 4 fließenden elektrischen Stroms erfolgt durch die unter Zug stehende Rückstellfeder 7 ein Rückstellen des Drahts 4, indem dieser von der Rückstellfeder 7 wieder auf seine in 1 gezeigte Ausgangslänge gezogen wird. Die durch die Rückstellfeder 7 bereitgestellte (vertikal nach oben gerichtete) Rückstellbewegung wird an die Verstellstange 5 und somit an die schwenkbaren Lamellen 15 übertragen und bewirkt, dass die Lamellen 15 jeweils wieder in ihre zugeklappte vertikale Ausgangsposition gemäß 1 gebracht werden.At deactivation, so after switching off by the shape memory wire 4 flowing electrical current is effected by the under tension return spring 7 a reset of the wire 4 by removing this from the return spring 7 again on his in 1 drawn initial length is drawn. The by the return spring 7 provided (vertically upward) return movement is to the adjustment rod 5 and thus to the swiveling blades 15 transferred and causes the slats 15 again in their folded vertical starting position according to 1 to be brought.
Neben den beiden in 1 und 2 gezeigten Extrempositionen (vertikale Ausgangsposition und horizontale Endposition) der Lamellen 15 sind die Lamellen 15 über eine bedarfsgerechte Bestromung des als Aktor 4 fungierenden Formgedächtnisdrahts in jede beliebige Winkelposition gegenüber der Oberflächenebene der Lochplatte 11 verschwenkbar. In Abhängigkeit von der jeweiligen Winkelposition der Lamellen 15 kann für das Modul 1 somit stufenlos eine beliebige Schallabsorptionsfläche zwischen einer minimalen Schallabsorptionsfläche von 0 m2 (bei geschlossener Stellung der Schallabsorptionsstruktur 3) bis zu einer die Gesamtoberfläche der Löcher 12 umfassenden maximalen Schallabsorptionsfläche (bei geöffneter Stellung der Schallabsorptionsstruktur 3) eingestellt werden. Je größer der Neigungswinkel der Lamellen 15 gegenüber der Horizontalen ist, desto mehr werden die darunterliegenden Löcher 12 der Lochplatte 11 von den Lamellen 15 verdeckt und der Schall dadurch an einem Eindringen in den Schallabsorber 2 gehindert. Umgekehrt werden die Löcher 12 der Lochplatte 11 immer mehr freigegeben und somit das Eindringen der Schallwellen in den Schallabsorber 2 erleichtert, je kleiner der Neigungswinkel zwischen den Lamellen 15 und der Horizontalen gewählt ist. Mithilfe der vorbeschriebenen Variation des Neigungswinkels der Lamellen 15 kann daher für das Modul 1 eine stufenlose Einstellung der Schallabsorptionsfläche erreicht und die damit verbundene Nachhallzeit im Akustikraum zu jedem beliebigen Zeitpunkt optimal angepasst werden. Auf diese Weise kann je nach Nutzungsart des Akustikraumes (zum Beispiel als Konzert- oder Vortragssaal) ein optimales akustisches Raumklima geschaffen werden.Next to the two in 1 and 2 shown extreme positions (vertical starting position and horizontal end position) of the slats 15 are the slats 15 via a demand-based energization of the as actuator 4 acting shape memory wire in any angular position relative to the surface plane of the perforated plate 11 pivotable. Depending on the respective angular position of the slats 15 can for the module 1 thus infinitely any sound absorption surface between a minimum sound absorption area of 0 m 2 (in the closed position of the sound absorption structure 3 ) up to one the total surface of the holes 12 comprehensive maximum sound absorption surface (with the sound absorption structure open 3 ). The greater the angle of inclination of the slats 15 opposite to the horizontal, the more the holes underneath become 12 the perforated plate 11 from the slats 15 obscured and the sound thereby on penetration into the sound absorber 2 prevented. Conversely, the holes 12 the perforated plate 11 More and more released and thus the penetration of sound waves in the sound absorber 2 facilitates, the smaller the angle of inclination between the slats 15 and the horizontal is selected. Using the above variation of the angle of inclination of the slats 15 can therefore for the module 1 achieves a continuous adjustment of the sound absorption surface and the associated reverberation time in the acoustic room at any time optimally adjusted. In this way, depending on the type of use of the acoustic room (for example, as a concert hall or lecture hall), an optimal acoustic room climate can be created.
Im zweiten Ausführungsbeispiel nach 3 und 4 ist die Oberflächenstruktur 3 anstatt aus großflächigen Lamellen 15 aus mehreren beweglichen Segmenten 8 zusammengesetzt. Dabei ist in weiterem Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel jedem beweglichen Segment 8 ein eigener Formgedächtnisdraht 4 zugeordnet. Der Formgedächtnisdraht 4 und das Segment 8 sind in einer senkrecht zur Oberfläche der Lochplatte 11 verlaufenden Längsrichtung über ein Kopplungselement 14 miteinander verbunden. Eine Baugruppe bestehend aus Formgedächtnisdraht 4 und daran angeschlossenem Segment 8 ist dabei jeweils an einem zwischen horizontal benachbarten Löchern 12 gebildeten Steg 10 der Lochplatte 11 angebracht.According to the second embodiment 3 and 4 is the surface texture 3 instead of large slats 15 from several movable segments 8th composed. In this case, in a further difference from the first embodiment, each movable segment 8th a separate shape memory wire 4 assigned. The shape memory wire 4 and the segment 8th are in a direction perpendicular to the surface of the perforated plate 11 extending longitudinal direction via a coupling element 14 connected with each other. An assembly consisting of shape memory wire 4 and connected segment 8th is in each case at one between horizontally adjacent holes 12 formed footbridge 10 the perforated plate 11 appropriate.
Das Blockieren und Freigeben der akustischen Pfade im Modul 1 des zweiten Ausführungsbeispiels nach 3, 3a und 4 wird dadurch bewerkstelligt, dass sich die Segmente 8 in radialer Richtung blütenartig auseinander- und wieder zusammenklappen lassen. Im deaktivierten (unbestromten) Ausgangszustand der Formgedächtnisdrähte 4 gemäß 3 und 3a nehmen die Segmente 8 jeweils ihre maximal zusammengeklappte Ausgangsstellung ein.Blocking and releasing the acoustic paths in the module 1 of the second embodiment 3 . 3a and 4 is accomplished by the segments 8th in the radial direction grow apart and fold again like a flower. In the deactivated (de-energized) initial state of the shape memory wires 4 according to 3 and 3a take the segments 8th each their maximum collapsed initial position.
Entsprechend der Detailansicht nach 3a sind die Segmente 8 in dieser Ausgangsstellung dabei jeweils annähernd stabförmig ausgebildet und fluchten in Längsrichtung jeweils mit einem entsprechenden auf dem Steg 10 zwischen den Löchern 12 der Lochplatte 11 angebrachten Führungsstift 16. Das Segment 8 sitzt auf einem Ring 14, der wiederum auf dem Führungsstift 16 verschiebbar gelagert ist. Um diesen Führungsstift 16 verläuft eine konventionelle Druckfeder als Rückstellfeder 7. Sie ist am unteren Ende des Führungsstiftes 16 sowie am Ring 14 befestigt und schiebt diesen nach oben, wodurch sich das Segment 8 gemäß 3a blütenartig schließt. Der Formgedächtnisdraht 4 ist senkrecht zur Stiftachse so angebracht, dass seine Enden auf der Lochplatte 11 fixiert sind und er in der Mitte am Ring 14 befestigt ist, sodass er im deaktivierten, also langen Zustand in einer Dreiecksform aufgespannt ist. Bei Aktivierung verkürzt sich der Draht und zieht dabei den Ring 14 gegen die Federkraft der Rückstellfeder 7 (Druckfeder) arbeitend entlang des Führungsstiftes 16 in Richtung der Lochplatte 11. Dadurch werden die Segmente 8 aufgespannt und bilden in ihrer Gesamtheit eine geschlossene Fläche.According to the detailed view 3a are the segments 8th In this initial position in each case approximately rod-shaped and aligned in the longitudinal direction in each case with a corresponding on the web 10 between the holes 12 the perforated plate 11 attached guide pin 16 , The segment 8th sits on a ring 14 who in turn is on the guide pin 16 is slidably mounted. To this leader 16 runs a conventional compression spring as a return spring 7 , It is at the bottom of the guide pin 16 as well as on the ring 14 attached and pushes it upwards, causing the segment 8th according to 3a flower-like closes. The shape memory wire 4 is perpendicular to the pin axis mounted so that its ends on the perforated plate 11 are fixed and he in the middle at the ring 14 is attached so that it is stretched in the deactivated, so long state in a triangular shape. When activated, the wire shortens and pulls the ring 14 against the spring force of the return spring 7 (Compression spring) working along the guide pin 16 in the direction of the perforated plate 11 , This will make the segments 8th stretched and form in their entirety a closed surface.
Im deaktivierten Ausgangszustand gemäß 3 und 3a (d. h. im Zustand, in dem keine Spannung oder kein Strom auf die Formgedächtnisdrähte 4 einwirkt und diese ihre maximale Länge annehmen) sind die akustischen Pfade durch die Löcher 12 der Lochplatte 11 zu dem dahinterliegenden Schallabsorber 2 freigegeben. Beim Auftreffen von Schallwellen auf das Modul 1 mit den (gemäß 3 und 3a) zusammengeklappten Segmenten 8 können die Schallwellen daher ungehindert durch die Löcher 12 der Lochplatte 11 in den dahinterliegenden Schallabsorber 2 eindringen und vollkommen absorbiert werden, sodass die Nachhallzeit im Akustikraum gesenkt wird.In the deactivated initial state according to 3 and 3a (ie, in the state where there is no voltage or current on the shape memory wires 4 acting and these take their maximum length) are the acoustic paths through the holes 12 the perforated plate 11 to the underlying sound absorber 2 Approved. When sound waves strike the module 1 with the (according to 3 and 3a ) folded segments 8th The sound waves can therefore pass unhindered through the holes 12 the perforated plate 11 in the underlying sound absorber 2 penetrate and be completely absorbed, so that the reverberation time in the acoustic room is lowered.
Eine Aktivierung und nachfolgende Kontraktion des Formgedächntisdrahts 4 hat zur Folge, dass auf den Ring 14 des entsprechenden Segments 8 eine den Ring 14 in Längsrichtung des Führungsstiftes 16 verschiebende Kraft ausgeübt wird. Durch diese Kraftausübung wird der Ring 14 axial in Richtung der Lochplatte 11 gegen die Kraft der Rückstellfeder 7 (Druckfeder) arbeitend verschoben und so das Segment 8 blütenartig auseinandergeklappt. Erreicht der Formgedächtnisdraht 4 gemäß 4 seine maximal kontrahierte Länge, so bildet das Segment 8 eine maximal auseinandergeklappte, zur Oberfläche der darunterliegenden Lochplatte 11 parallele sechseckförmige Flächenstruktur. Durch diese Flächenstruktur werden die Löcher 12, die sich links, rechts, oberhalb und unterhalb des Stegs 10 befinden, an dem das Segment 8 befestigt ist, teilweise abgedeckt. Aufgrund der regelmäßigen sechseckförmigen Flächenstruktur ergänzen sich dabei die benachbarten Segmente 8 im maximal auseinandergeklappten Zustand gemäß 4 in einer Richtung parallel zur Oberfläche der Lochplatte 11 mosaikartig entlang des gesamten Moduls 1 zu einer geschlossenen Oberflächenstruktur 3. Somit werden alle Löcher 12 der darunterliegenden Lochplatte 11 schalldicht verschlossen und ein Eindringen von Schall in den Schallabsorber 2 unterbunden. Infolge der nahezu vollständigen Schallreflexion durch das Modul 1 wird die Nachhallzeit im Akustikraum erhöht.Activation and subsequent contraction of the shape memory wire 4 has the consequence that on the ring 14 of the corresponding segment 8th one the ring 14 in the longitudinal direction of the guide pin 16 shifting force is exercised. Through this exercise of force becomes the ring 14 axially in the direction of the perforated plate 11 against the force of the return spring 7 (Compression spring) working and so moving the segment 8th unfolded flower-like. Reach the shape memory wire 4 according to 4 its maximum contracted length, so does the segment 8th a maximum unfolded, to the surface of the underlying perforated plate 11 parallel hexagonal surface structure. Through this surface structure are the holes 12 that are left, right, above and below the bridge 10 where the segment is located 8th is attached, partially covered. Due to the regular hexagonal area structure, the adjacent segments complement each other 8th in the maximum unfolded state according to 4 in a direction parallel to the surface of the perforated plate 11 mosaic along the entire module 1 to a closed surface structure 3 , Thus, all holes 12 the underlying perforated plate 11 sound-proofed and sound penetrating into the sound absorber 2 prevented. Due to the almost complete sound reflection through the module 1 the reverberation time in the acoustic room is increased.
Im zweiten Ausführungsbeispiel nach 3, 3a und 4 ist jeder Formgedächtnisdraht 4 mit einer Rückstellfeder 7 gekoppelt, die zwischen dem Steg 10 der Lochplatte 11 und einem zwischen Formgedächtnisdraht 4 und Segment 8 angeordneten Ring 14 eingespannt ist. Erfährt der Formgedächtnisdraht 4 durch Aufheizung infolge des angelegten elektrischen Stroms eine Kontraktion, so führt dies zu einer entsprechenden Kontraktion der Rückstellfeder 7. Bei Deaktivierung des Formgedächtnisdrahts 4 durch Unterbrechung des jeweiligen Stromkreises übt die kontrahierte Rückstellfeder 7 eine Zugkraft auf den Formgedächtnisdraht 4 aus, die diesen zurück auf seine Ausgangslänge expandiert. Dementsprechend wird auch auf das zu einer sechseckförmigen Flächenstruktur auseinandergeklappte Segment 8 gemäß 4 eine zum Rauminneren gerichtete expandierende Längskraft ausgeübt, die dafür sorgt, dass diese Flächenstruktur zusammengeklappt wird und das Segment 8 somit wieder die in 3 und 3a gezeigte stabförmige Ausgangsstellung einnimmt. Aufgrund dieses blütenartigen Zusammenklappens der Segmente 8 werden die akustischen Pfade zu dem dahinterliegenden Schallabsorber 2 wieder freigegeben, sodass die Schallwellen durch die Löcher 12 der Lochplatte 11 in den Schallabsorber 2 eindringen können, um somit ohne Schallreflexion in Form von Reibung in Wärme umgewandelt zu werden. Infolge der fast vollständigen Schallabsorption durch das Modul 1 wird somit die Nachhallzeit im Akustikraum verringert.According to the second embodiment 3 . 3a and 4 is every shape memory wire 4 with a return spring 7 coupled between the jetty 10 the perforated plate 11 and one between shape memory wire 4 and segment 8th arranged ring 14 is clamped. Experiences the shape memory wire 4 by heating due to the applied electric current, a contraction, this leads to a corresponding contraction of the return spring 7 , When deactivating the shape memory wire 4 by interrupting the respective circuit exercises the contracted return spring 7 a tensile force on the shape memory wire 4 out, which expands this back to its original length. Accordingly, it is also on the unfolded to a hexagonal area structure segment 8th according to 4 an expanding longitudinal force directed towards the interior of the room, which ensures that this surface structure is folded up and the segment 8th thus again the in 3 and 3a shown rod-shaped starting position occupies. Because of this flower-like collapse of the segments 8th the acoustic paths become the underlying sound absorber 2 released again, so that the sound waves through the holes 12 the perforated plate 11 in the sound absorber 2 can penetrate, so as to be converted without heat reflection in the form of friction in heat. Due to the almost complete sound absorption by the module 1 Thus, the reverberation time is reduced in the acoustic room.
Unabhängig von den in 3, 3a und 4 gezeigten (maximal zusammengeklappten und maximal auseinandergeklappten) Extremstellungen der Segmente 8 kann durch eine bedarfsgerechte Bestromung der Formgedächtnisdrähte 4 jedes der Segmente 8 in eine beliebige Zwischenstellung zwischen diesen beiden Extremstellungen gesteuert werden. So kann mittels der Ansteuerelektronik 6 der Stromfluss durch den Formgedächtnisdraht 4 derart eingestellt werden, dass der Draht 4 ausgehend von der in 3 gezeigten Ausgangslänge auf eine Zwischenlänge kontrahiert wird, die das angeschlossene Segment 8 nicht vollständig (wie in 4), sondern nur teilweise auseinanderklappt. Auf diese Weise verbleiben zwischen den Segmenten 8 noch freie, von den Segmenten 8 nicht verdeckte Lochanteile. Dementsprechend wird nur ein Teil des auftreffenden Schalls (nämlich der auf die teilweise auseinandergeklappten Segmente 8 treffende Schall) vom Modul 1 reflektiert, wohingegen der übrige Teil des Schalls durch die unverdeckten Lochanteile in den Schallabsorber 2 eindringt und somit vom Modul 1 absorbiert wird. Das Auseinanderklappen der Segmente 8 kann durch Regulierung des entsprechenden Aktorstroms genau eingestellt werden, um für das Modul 1 eine beliebige Schallabsorptionsfläche zu erhalten.Regardless of the in 3 . 3a and 4 shown (maximum collapsed and maximum unfolded) extreme positions of the segments 8th can by a demand-based energization of the shape memory wires 4 each of the segments 8th be controlled in any intermediate position between these two extreme positions. So can by means of the control electronics 6 the current flow through the shape memory wire 4 be set so that the wire 4 starting from the in 3 shown initial length is contracted to an intermediate length, which is the connected segment 8th not complete (as in 4 ), but only partially unfolded. In this way, remain between the segments 8th still free, from the segments 8th not hidden hole parts. Accordingly, only part of the incident sound (namely, the one on the partially unfolded segments 8th coming sound) from the module 1 whereas the remainder of the sound is reflected by the unseen hole portions in the sound absorber 2 penetrates and thus from the module 1 is absorbed. The unfolding of the segments 8th can be accurately adjusted by adjusting the appropriate actuator current to apply to the module 1 to obtain any sound absorption surface.
Da jedes Segment 8 eine eigenständige Aktorik besitzt, kann jedes Segment 8 zudem separat angesteuert werden. Somit können entlang der Oberfläche des Moduls 1 lokal unterschiedlich große Schallabsorptionsflächen realisiert werden. Durch diese im zweiten Ausführungsbeispiel eröffnete Möglichkeit zur Variation der Schallabsorption entlang der Moduloberfläche wird ein weiterer Freiheitsgrad für die Anpassung der Nachhallzeit im Akustikraum gewonnen.Because every segment 8th owns a self-contained actuators, can each segment 8th also be controlled separately. Thus, along the surface of the module 1 locally different sized sound absorption surfaces can be realized. This possibility, opened in the second exemplary embodiment, for varying the sound absorption along the module surface results in a further degree of freedom for the adaptation of the reverberation time in the acoustic space.
Der vorbeschriebene Lösungsansatz für eine adaptive Einstellung der Raumakustik durch Module 1 mit einer mittels einer Formgedächtnisaktorik aktiv verstellbaren Oberflächenstruktur 3 bietet im Vergleich zu derzeit bekannten Produkten deutliche Vorteile. Bedeutendster Vorteil, der mit diesem Lösungsansatz realisiert werden kann, ist die variable und kontinuierliche Veränderung der Nachhallzeit durch aktive Verstellung der Oberflächenstruktur 3 mittels der Formgedächtnisaktorik. Somit ist es möglich, in Reaktion auf jedes beliebige akustische Ereignis eine optimale akustische Feinabstimmung zu erreichen. Ein weiterer Vorteil, der mit dem erfindungsgemäßen adaptiven akustischen Modul 1 erzielt werden kann, ist die flexible Anpassung an jeden beliebigen Veranstaltungsort/-raum durch die Modulbauweise.The approach described above for an adaptive adjustment of the room acoustics by modules 1 with an actively adjustable surface texture by means of shape memory actuation 3 offers significant advantages compared to currently known products. The most important advantage which can be realized with this approach is the variable and continuous change of the reverberation time through active adjustment of the surface structure 3 by means of shape memory actuators. Thus, it is possible to achieve optimal acoustic fine tuning in response to any acoustic event. Another advantage associated with the inventive adaptive acoustic module 1 can be achieved is the flexible adaptation to any venue / space by the modular design.
Das erfindungsgemäße Modul 1 kann in beliebiger Größe als Einzelmodul oder im Verbund mit weiteren erfindungsgemäßen Modulen 1 eingesetzt werden. Die Veränderung der Oberflächenstruktur 3 des Moduls 1 kann entweder (wie in 1 und 2) durch einen gemeinsamen Aktor 4 über die gesamte Moduloberfläche gleichmäßig erfolgen oder (wie in 3 und 4) durch getrennte Aktoren 4 segmentweise über die Moduloberfläche erfolgen. Aufgrund des hohen Arbeitsvermögens der Formgedächtniskatoren 4 ist es möglich, diese sehr kompakt auf kleinsten Bauraumabmessungen zu verbauen bzw. zu integrieren.The module according to the invention 1 can be of any size as a single module or in combination with other modules according to the invention 1 be used. The change of the surface structure 3 of the module 1 can either (as in 1 and 2 ) by a common actuator 4 evenly over the entire module surface or (as in 3 and 4 ) by separate actuators 4 segment by segment over the module surface. Due to the high working capacity of the shape memory cators 4 It is possible to incorporate or integrate these very compact in the smallest space dimensions.
Die Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Moduls 1 sind aufgrund der Kompaktheit des Verstellmechanismus sehr flexibel gestaltbar. Die Module 1 können sowohl als Wände als auch als Kacheln oder Vorhänge hergestellt und eingesetzt werden. In den beiden in 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen haben die Module 1 jeweils die Form von rechteckigen, länglichen Tafeln (Paneelen). Anstelle der rechteckigen Tafeln (Paneele) kommen aber auch andere Formen in Betracht. Dabei ist es unerheblich, ob nur die Wände des Akustikraumes, der Boden, die Decke oder ob andere Raumteile mithilfe von in ihren Schallabsorptionsflächen stufenlos einstellbaren Modulen 1 entsprechend der vorstehend genannten Ausführungen ausgerüstet werden. Durch diese unterschiedlichsten Ausführungsformen ist es möglich, neben Neubauten z. B. auch historische Gebäude, in denen eine Musik- oder Sprachaufführung stattfinden soll, akustisch zu optimieren, ohne das Erscheinungsbild des Gebäudes zu zerstören. Weiterhin kann mithilfe des beschriebenen Lösungsansatzes Design und Technik vereint werden, wodurch das Wohlbefinden des Publikums zusätzlich verbessert wird.The embodiments of the module according to the invention 1 are due to the compactness of the adjustment very flexible gestaltbar. The modules 1 can be made and used as walls as well as tiles or curtains. In the two in 1 to 4 illustrated embodiments have the modules 1 each in the form of rectangular, elongated panels (panels). Instead of the rectangular panels (panels), however, other forms come into consideration. It is irrelevant whether only the walls of the acoustic room, the floor, the ceiling or other parts of the room with the aid of infinitely adjustable modules in their sound absorption surfaces 1 be equipped according to the above embodiments. Through these various embodiments, it is possible, in addition to new buildings z. B. also historic buildings in which a music or voice performance is to take place, to optimize acoustically, without destroying the appearance of the building. Furthermore, the approach described can combine design and technology, which further improves the well-being of the public.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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11
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Akustisches ModulAcoustic module
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22
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Schallabsorbersound absorber
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33
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Oberflächenstruktursurface structure
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44
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Aktor aus Formgedächtnislegierung/Formgedächtnisaktor/FormgedächtnisdrahtShape memory alloy actuator / shape memory actuator / shape memory wire
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55
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Bewegungsübertragungsmittel (Verstellstange)Motion transmission means (adjusting rod)
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66
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Ansteuerelektronikcontrol electronics
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77
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Rückstellfeder (Druckfeder)Return spring (compression spring)
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88th
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Segmentsegment
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99
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Gehäusecasing
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1010
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Stegweb
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1111
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Lochplatteperforated plate
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1212
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Lochhole
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1313
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Lochreiherow of holes
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1414
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Ringring
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1515
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Lamellelamella
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1616
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Führungsstiftguide pin
